前言
某天，上小学二年级的儿子突然对我说: “爸爸，我想学编程。”其实更早时候我就在网上看到过有关儿童学习编程的一篇文章，其中提到了几个软件，都是充满游戏风格，着重设计与规划，以完成特定任务为目的的模式。这些软件并没有涉及指令或语句的概念，所传授和培养的是一种更广义的“编程”（也许翻译为“规划”或“设计”更合适）思维和能力。文章指出几岁孩子就可以通过这些软件学习编程。
儿子还在上幼儿园时就在手机上玩过LightBot游戏。当时给他玩的是初级版本，但已经有循环、函数调用等功能，比起网上那篇文章所介绍的软件，更像计算机编程。LightBot游戏中的小机器人能够按照玩家编写的指令序列执行动作，对玩家的编程成果给予直接且明确的反馈，因此即使我没有给儿子讲过任何编程概念，他也完全能够在游戏软件中学习、理解和掌握那些编程元素，通过不断尝试来修正自己的程序，完成游戏中的所有关卡任务。可见，一个吸引人的有趣平台加上直观的反馈，完全能够让孩子在玩中学习编程，而且是学习相对抽象的计算机指令的编程。
我在清华大学计算机系取得本科、硕士和博士学位，在计算机系教程序设计课程，而且负责程序设计竞赛，自然早想过什么时候让孩子学编程、学什么程序设计语言、怎么学这类问题。虽然还没有明确的答案和计划，但可以肯定的是——小学阶段就可以学编程，因为很多编程的概念并不高深。更小年龄的孩子虽然也可以学一些编程，但受认知能力所限，学不了太多，不得不浅尝辄止。而对于小学生，特别是小学中高年级学生来说，完全能够在相当长的一段时间内有计划地学习一定量的内容，而且所学内容足以用来进行丰富的创作或解决一些实际问题。同时，正因为学习者是小学生，往往教与学双方都更关注基础和必要的编程元素，不易受细枝末节的干扰而偏离“大道”。
我相信和追求“快乐学习”，希望学习路径方向正确，不走弯路。我认为C/C++语言、Java语言用作学习编程的入门语言并不理想，因为初学者难以用所学的内容编写出有趣的程序，即使最简单的“Hello world！”程序也会留给初学者一大堆问题，而且这些问题的答案不是初学者适合去了解的。如果未来想在程序设计方面往更专业一些的方向发展，我认为不宜在学习C/C++语言、Java语言之前就接触Python语言。我曾考虑过让儿子学习Logo语言，我初中时就学过它，有一定了解，但Logo语言除了画简单图形外好像也没有其他直观有趣的功能。“你想学编程，很好呀！但是你具体想学些什么呢？”我问儿子。
“我想学Scratch。”儿子毫不犹豫地回答。我听说过Scratch，但没有专门了解过。儿子想学Scratch，是因为学校高年级学生在风采展示的活动中展示了一些用Scratch编写的程序，引起了他的兴趣。我告诉儿子: “没问题。爸爸可以帮你了解一下，看看怎么来学。”
零基础学Scratch编程前言我从MIT的Scratch网站上下载了Scratch 2离线编辑器，从软件自带的教程开始了解。教程由若干很小的编程任务组成，各个任务大体上按照从最简单到略复杂的顺序排列。我一步一步照着做，完成前几个小任务就已经熟悉了Scratch的常用积木语句。我认为这些小的编程任务非常适合用来进行Scratch入门教学，对儿子来说，只需要帮他克服语言上的障碍——将英文翻译成中文。很自然地，我将教程内容展开并翻译做成PowerPoint幻灯片，同时把自己实践时所想的一些问题，也总结并在幻灯片中提出来，鼓励儿子通过动手尝试来找到答案。一些我认为基础和重要的程序设计概念和思想，在编程任务涉及时，及时在幻灯片中提出来。
我将笔记本电脑与家里的电视机连接，教儿子用双屏模式来学习，一个屏幕播放PPT幻灯片，另一个屏幕进行Scratch编程操作。PPT幻灯片的动画控制与页面切换，既避免了书本内容的一览无余，又能形成一种有控制的交流，还能让孩子自己来主导学习的进度。儿子对Scratch的学习就这样开始了，基本上是一种自学的模式，当他实践遇到困难时才找我帮忙解决。
儿子学Scratch学得很快乐。教学实验室的同事知道后，向我要了幻灯片给自己儿子学。他儿子也学得很快乐，而且会主动与老爸讨论“什么是变量”之类的问题。同事建议:可以开个班，让系里老师们的孩子一起来学Scratch。清华大学计算机系教职工孩子们的第一期编程学习班就这样开始了，每周五晚上一次课，持续大半个秋季学期。在学习内容上，除了更新最初的PPT幻灯片以外，我认真地规划了各次课的内容，一是考虑新知识循序渐进地分布在各次课程中，二是考虑后面的课程内容能够起到复习巩固前面课程内容的作用。课程内容前期主要来自于Scratch教程，后期来自于自己的设计安排。教学方式同样采取双屏自学模式，孩子们利用机房的计算机播放PPT幻灯片，同时在自带的笔记本电脑上进行Scratch编程操作。这个编程学习班的助教队伍超级豪华，因为孩子们的家长，即清华大学计算机系的老师们，可以陪着孩子一起参加这个编程学习班辅导自己孩子，因此这个编程学习班也是一个亲子活动班。系里老师们都没有用过Scratch，对这种编程语言也很感兴趣，有时两位大牌教授会丢下孩子，相互讨论眼前的Scratch编程任务。这并不奇怪，我在学习了解Scratch的过程中，同样很快就喜欢上了它。每次课程中，我会在机房走动，了解各个孩子的自学进展，解答他们的问题，帮他们排除一些困难，不过更多时候是引导他们自己来排查问题解决困难。一些共性的问题，我会总结并在下一次课程时讲解。这样的编程学习班得到了孩子和家长们广泛的好评，有两次我出差无法上课，还有家长主动代课，并且提前与我讨论并准备PPT幻灯片。同样的课程内容，后来又开了一期编程学习班，为了达到更好的教学效果，还专门为每次课程设计了课后练习。本书的第一部分就来自于这一期编程学习班的内容。
在第一期编程学习班孩子与家长们的要求下，我开设了后续的Scratch编程学习班。在这后续的“提高组”（第一期相应称为“入门组”）编程学习班上，我主要让孩子们体验编程与数学的关系，了解计算机解决问题的方式方法，普及一些基础而重要的程序设计算法思想，为进一步深入学习程序设计甚至是信息学竞赛打基础。提高组编程学习班仍然采用PPT幻灯片自学的方式，教学内容形成了本书的第二部分。
在组织孩子们学习Scratch编程的过程中，我看到了孩子们的学习能力和创新能力，多次从心底为他们的优异表现喝彩。这两种能力也是我采用这种教学模式所希望激发和培养的能力，相信对孩子们的一生都有裨益。言归正传，该系统地介绍一下本书的内容了。本书共20章，分为三个部分。第1章～第10章为第一部分“基础技能”，主要介绍Scratch中角色、造型等基础概念，由浅入深地引入各类积木语句的实践应用；第11章～第16章为第二部分“思维训练”，从绘制图形入手，强化数学思维，介绍递归、递推、枚举、筛法、二分法等算法思想；第17章～第20章为第三部分“应用实践”，是Scratch编程实践的综合与提高。
本书的前两个部分分别来源于前文提到的“入门组”和“提高组”编程学习班的课程内容，没有任何编程经验的孩子也能够轻松地从第1章开始学习。在写作本书过程中，官网的Scratch 2离线编辑器改版升级为Scratch 3桌面编辑器，在界面上有较大改动，在功能上也有变化，经过考虑将章节内容都更新为与新版编辑器一致。第三部分的内容来源于孩子们学习Scratch过程中实际编写的游戏项目，以及我本人特别想用Scratch实现的功能（我实在太喜欢Scratch这一编程语言了）。与PPT幻灯片相比，书本缺少了逐步呈现的控制，但可以用更详细的文字进行解释说明，算是各有优劣。此外，在写作过程中，产生了一些新的想法和更深入的思考，也融入到本书的内容中。如何学习本书呢？不建议小学低年级甚至更小的孩子学习本书。虽然他们也能够完成前几章的学习，但后续的章节对他们来说挑战太大，而学得太少的话，意味着掌握的工具少，实践与创新的空间小，得到的锻炼与相应收获少，乐趣也少。另外，因学习内容太难导致半途而废并不是好的体验，没必要给孩子留下编程很难学的印象。
建议孩子自学。家长可以给一些基础的帮助，例如，安装Scratch桌面编辑器，教孩子基本的计算机操作，例如登入系统、运行程序、输入汉字等，但学习Scratch编程还是让孩子按自己的节奏来。自学能力是个人不断成长的必备能力，培养锻炼孩子的自学能力，是本书的重要目的之一。
学习编程的方法与学习语文、数学、英语都不一样。编程是一种思维与实践紧密结合的创造性活动。书上的内容都理解了，并不意味着就会编程。我敬爱的导师吴文虎教授给学生们上课时，就多次强调: “编程不是学会的，是练会的。”本书建议的自学方法是: 逐段地阅读理解→实践探索→思考总结→实践应用。
阅读本书时，身边应该有一台已经打开的计算机。书中讲到了什么操作，读者就应该同步地在计算机上进行相应的操作；书中提出一个问题，读者就应该暂停住，先思考自己的想法和答案，再往下阅读；书中提出要自己尝试，读者就应该自觉地想办法去探索和尝试；书中有时只提出问题，并不给出答案，但读者真正实践了就会得到正确的答案。我希望给予孩子探索与收获的学习乐趣。
本书并没有采用讲解展示语句功能的方式介绍Scratch语言，而是从要完成的任务、要实现的功能或效果出发，即从需求出发引入可用的语句，把语句、编程语言视为解决问题的工具。与编程语言相比，分析问题→设计方案→规划程序→具体实现→修正调优这种以程序设计为手段解决问题改变世界的方法，才是更重要的。这种方法，以及在方法运用的过程中涉及的思想和技术，与具体编程语言无关，才是学习编程所真正要学的东西。我相信，这样的编程学习才能够更好地培养孩子解决问题的能力，才能更好地支持孩子将心中的创意展示出来，将创新的想法具象化，敢想敢干，能想能干。
本书刚开始的几章内容简单，学起来较快，后续章节会不断用到前面已学的内容，越来越复杂，对思维能力和动手能力的要求也越来越高，学习进度自然会慢下来。而且，随着综合的编程能力提升，孩子会想要实现自己设计的动画和游戏，这是应该鼓励的事情。家长最好能够给孩子一些命题编程任务，即给出一个主题，让孩子想办法编程来表现，例如，让孩子实现一个堆雪人的场景或游戏。这些书本外的编程活动，是孩子学习编程最好的练习，比每章后面的练习题好百倍。能够多做这些自由的编程练习的话，完全不必着急学后续章节。毕竟学完一本书并不是真正的目的，打下坚实基础，熟能生巧，让孩子将来学得更好才是目的。另外，本书第二部分、第三部分靠后的章节难度很大，对初中生来说也是不小的挑战，因此建议孩子按自己舒适的进度去学习，花两年、三年甚至更长时间也可以。
编程学习遇到的最大困难可能就是查错调试了。初学者可能犯任何错误，而且自己完全找不出问题来。虽然编程调试有利于培养孩子的耐心和细致，但最好能够有懂程序设计的人提供“保底”的帮助，避免孩子长时间无法解决问题，学习热情受到打击。如果有同样在学Scratch的小伙伴一起讨论查错，也是非常好的。本书附录D专门介绍了一些调试的方法和技巧，但对初学者的帮助有限。有条件的家长，可以考虑和孩子一起来学Scratch，这样与孩子有共同的语言，一起学习、一起讨论、一起成长，也是珍贵和难得的体验。饮水思源，感谢促使本书成文的所有人！首先感谢以吴文虎教授为首的师尊前辈，本书一脉相承了他们关于程序设计教学的理念。感谢教学实验室和系里的同事们对编程学习班的支持，感谢孩子们、家长们对编程学习班的学习方式和学习内容的肯定。感谢系里的喻文健老师，本书中基础弹球游戏的若干项扩展来自他的创意。特别感谢金山西山居的唐一鸣先生，本书第20章来源于特邀他给提高组编程学习班带来的一次课程。当然，也要感谢儿子促成我进入了Scratch的奇妙世界。孩子是我们未来的希望，愿本书的小读者们永保学习的愿望与乐趣！
邬晓钧2020年5月新冠肺炎疫情期间于清华园
